宿遷城市規劃區地下水防污性能評價研究

賀小桐，李 朗，黃曉燕，姚炳魁

(江蘇省地質調查研究院，江蘇 南京 210018)

近日江蘇省生態環境廳、自然資源廳、住房和城鄉建設廳、水利廳及農業農村廳聯合發布了《關于印發江蘇省地下水污染防治實施方案的通知》，旨在全面打好污染防護攻堅戰，保障我省地下水安全，需進行地下水污染防治分區劃分，其中地下水防污性能評價是其中最基礎的環節。

當前國內外的地下水防污性能評價主要應用美國環保局提出的DRASTIC方法[1]。為取得更佳的評價效果，各國學者對DRASTIC評價模型被進行修正和完善，并運用于實際區域的地下水防污性能評價中，如黃曉燕[2]等將改進的DRAVT模型進行江蘇淺層孔隙地下水防污性能評價。姚宇平[3]等改進為DRTA模型對泰興淺層地下水的防污性能進行評價。張璜[4]等改進DRICS模型評價北京新機場淺層地下水防污性能。文中根據宿遷城市規劃區的水文地質條件，采用改進的DRSTIC模型評價該區域淺層地下水的防污性能，從而更科學地進行區域地下水污染防治分區及保護淺層地下水。

1 研究區概況

研究區位于江蘇省北部，地理坐標為北緯33°30′～34°15′，東經117°56′～118°40′，總面積2 153 km2。規劃區由宿豫區、宿城區、湖濱新區、洋河新區等組成。總地勢由西北向東南傾斜，地貌以黃泛沖積平原為主，約占全區面積的2/3，地面高程一般在15～30 m。

研究區屬于暖溫帶季風氣候區。近60年來多年平均降水量910 mm，但年際變化較大。年內降水也分配不均，主要集中在汛期(5-9月)，多年平均汛期降水量為680 mm，占全年降水量75%，易形成春旱、夏澇、秋冬干燥的天氣。

本次僅對淺層地下水進行研究，即與大氣降水和地表水體聯系較為密切的潛水、第Ⅰ承壓地下水。

2 防污性能評價

以DRASTIC模型為基礎，提出更適合宿遷城市規劃區水文地質特征的地下水防污性能評價模型—DRIAC模型。

2.1 評價因子的選取及影響機理

地下水防污性能表示外界污染物對地下水可能影響程度。其與水文地質因素如土壤介質、包氣帶介質、含水層介質、水動力條件、地下水補給條件、地形緊密相關關，根據研究區水文地質條件，選取以下評價因子：

2.1.1 潛水水位埋深(D)

表示地表到潛水面的距離，距離越大，污染物與包氣帶土壤介質化學反應時間越長，污染物對地下水的影響越小，則地下水防污性能越強。

整理并分析本次實測潛水位埋深數據(2017年枯水期)，根據平面展布特征，將水位埋深分為1.0～2.0 m、2.0～4.0 m以及大于4.0 m三個等級，并對各個等級賦予相應分值(表1)，從而繪制潛水含水層水位埋深分區圖(見圖1)。

圖1 潛水位埋深分區圖

2.1.2 凈補給量(R)

表示外界補給地下水量的多少，補給量越少，地下水防污性能越強。

為了直觀起見，將補給資源量換算為水量深度進行計算，單位為mm/a。通過分析工作區內各種垂向、側向補給條件，將凈補給量分為200～250 mm/a、150～200 mm/a、小于150 mm/a三個等級，各級分值見表1，并繪制凈補給量分區圖(圖2)。

圖2 凈補給量分區圖

2.1.3 包氣帶巖性(I)

包氣帶是污染物欲進入地下水的必經的渠道，包氣帶巖性顆粒越小，透水性越差，污染物與土壤介質接觸時間越長，越能充分的進行反應，地下水防污性能越強。

工作區潛水位埋深在5 m以淺，因此，包氣帶巖性指標評價時主要參考淺表4m以淺的土層巖性及其組合特征。收集并整理區內工程、水文鉆孔和地質槽型鉆等225個點位資料，將包氣帶巖性分為粉土、粉質粘土、粉土及粉質粘土互層、粘土、粉土及粘土互層五個等級，各級分值見表1，并繪制分區(圖3)。

圖3 包氣帶巖性分區圖

2.1.4 淺層地下水富水性(A)

表示含水層介質對污染物稀釋能力，富水性越大，稀釋能力越強，地下水防污性能越好。

整理并分析水文地質鉆孔資料，將淺層含水層富水性劃分為含水層缺失區、單井涌水量小于300 m3/d、單井涌水量300～500 m3/d、單井涌水量大于500 m3/d 這4個等級，各級分值見表1，并繪制淺層含水層富水性分區(圖4)。

圖4 淺層地下水富水性分區圖

2.1.5 淺層地下水滲透系數(C)

表示地下水流速的大小，滲透系數越小，地下水流速越小，污染物越易以地下水為載體進入其他含水層，從而進行污染更深層地下水，地下水防污性能越差。

根據工作區內水文地質、工程地質鉆孔資料，將工作區淺部含水層滲透系數劃分為缺失區、小于2.5、2.5～3.5、3.5～4、大于4這五個等級(圖5)，各級分值見表1。

圖5 滲透系數分區圖

2.2 指標評分及單元格劃分

在對5個評價指標進行分級評分后(如表1)，并利用GIS空間分析功能，對5個評價指標分別進行賦值，并按照權重進行疊加后進行地下水防污性能評價。

表1 DRIAC參數等級評分表

2.3 基于AHP[5]的指標權重[6]確定

本文結合宿遷城市規劃區地下水特征，引入AHP計算各指標的權重。本次權重層次結構見圖6，因素從屬關系(標度)見表2，判別矩陣見圖7，運用MATLAB求解得到各評價指標的權重結果為：包氣帶巖性0.346，水位埋深取0.269，凈補給量0.192，滲透系數0.115，富水性0.078(表3)。

表3 各指標權重計算結果

圖7 評價指標權重判斷矩陣

表2 層次分析法判斷矩陣標度的定義

圖6 權重層次結構分析圖

2.4 防污性能計算

對各指標分層次評分并疊加分析，可得到每個評價單元的地下水防污性能綜合指標，即防污性能綜合指數為各評價因子評分的加權和。

DRIAC=Dw×Dr+Rw×Rr+Iw×Ir+Aw×Ar+Cw×Cr

式中的各字母的評價因子如前所示，下標w表示權重，r表示評分。

運用建立的DRIAC評價模型，計算得到的研究區防污性能綜合指數為1.1～4.57。

3 防污性能分區及結果分析

根據計算結果，將防污性能總共分為3級，Ⅰ級，V<3.0，防污性能較好；Ⅱ級，3.0≤V<3.6，防污性能一般；Ⅲ級，V≥3.6，防污性能較差。詳見圖7。

圖7 防污性能分區圖

3.1 防污性能較好區

分布面積約306 km2，占總面積的17.97%。該區域巖性主要以顆粒較細的粘土、粉質粘土為主，潛水位埋深大多數2 m以深，凈補給量小于200 mm/a，單井涌水量多在500～1 000 m3/d，富水性較好。滲透系數大于3.5 m/d。主要位于曉店-侍嶺鎮北部、保安-新莊東南部、龍河鎮東南部、羅圩鄉中部及南部、陳集鎮西南部、中揚鎮北部及中部。

3.2 防污性能較差區

分布面積約306 km2，占總面積的21.4%。該區域巖性主要以粉土為主，潛水水位埋深大多數在2～4 m，凈補給量在200～250 mm/a，單井涌水量多在300～500 m3/d，富水性較差，滲透系數3.5～4.5 m/d。主要位于耿車鎮、雙莊中部及南部、三棵樹鄉、埠子鎮的中部及北部、南蔡鄉、順河鎮的中部及西部、陸集鎮及洋北鎮的西部、倉集鎮、屠園鄉的北部、大興鎮的南部、陸集鎮的東南部、仰化鎮的西北部。

3.3 防污性能一般區域

分布面積約306 km2，占總面積的21.4%。主要位于在工作區中北部，東南部。

4 結語

針對DRASTIC方法在實際應用中存在的問題和研究區的實際情況，提出基于AHP的DRIAC評價模型，該模型能夠真實地反映研究區地下水防污性能的主要影響因素及其權重，降低了評價指標間的干擾度以及人為主觀因素的影響，評價結果能較為客觀地反映區內地下水防污性能。為地下水污染防治分區劃分及淺層地下水保護提供科學依據。